唐友木 袁浩 中交四航局第三工程有限公司

1.前言

云南省東川港一期建設(shè)項目屬于白鶴灘水電站附屬工程，工期緊張，且工程選址處原地貌為高邊坡，各級平臺均采用半挖半填法形成作業(yè)平臺，土類多為含礫覆蓋層及碎石層，此地常年干枯，土類穩(wěn)定性較差，地下含有流沙層，樁基施工越往深處流沙層面積越大，施工過程中容易發(fā)生塌孔等現(xiàn)象。根據(jù)施工條件綜合分析，旋挖鉆機是最合適本工程的成孔機械，再結(jié)合實際情況施工合理選擇混凝土回填法、鋼護筒跟進法、鋼護筒跟進法與回填法同時使用等工藝進行施工。

2.工程概況

云南省東川港一期建設(shè)項目位于云南省昆明市東川區(qū)境內(nèi)，碼頭水工建筑物采用分級直立式平臺布置，各級平臺均采用高樁框架結(jié)構(gòu)，地基基礎(chǔ)采用灌注樁形式，灌注樁進入中風(fēng)化巖按5倍樁徑控制。工程灌注樁總數(shù)為590根，樁基為嵌巖樁，受力類型為端承樁，樁徑有1.2m、1.6m、1.8m三種型號，樁基混凝土采用C30混凝土。

3.成孔設(shè)備的選擇情況分析

3.1 施工條件分析

圖1 作業(yè)區(qū)原地貌

圖2 作業(yè)區(qū)開挖填筑后

圖3 流沙鉆渣圖

云南省東川港工程屬于白鶴灘水電站附屬工程，受到白鶴灘水電站蓄水影響，項目工期十分緊張；項目選址處為高邊坡地帶，受到地形和征地拆遷等影響，現(xiàn)場可使用土石方量有限，僅僅夠用于各級平臺填筑作業(yè)平臺，施工作業(yè)面狹窄。根據(jù)前期地勘報告，本工程位于青藏地震區(qū)青藏高原中部地震亞區(qū)西南側(cè)的鮮水河—滇東地震帶內(nèi)，且工程區(qū)附近東側(cè)為小江斷裂帶，現(xiàn)代地震活動十分強烈，工程區(qū)區(qū)域地層構(gòu)造穩(wěn)定性較差，地質(zhì)條件復(fù)雜。與沖擊鉆、回旋鉆等設(shè)備相比，旋挖鉆自動化程度高、機動靈活、成孔快、準(zhǔn)確性高，能夠達到沉渣少、粉塵污染少的效果，樁基質(zhì)量得到有效保證，能夠滿足本項目施工作業(yè)需求。

3.2 旋挖鉆機的優(yōu)勢分析

1)機動靈活，有效提高施工效率。旋挖鉆機具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活及多功能特點，根據(jù)以往施工記錄數(shù)據(jù)中顯示，旋挖鉆機成孔時間大約是沖擊鉆機的30%，另受到現(xiàn)場場地約束，無法投入多臺沖擊鉆機同時施工，對比可知旋挖鉆作業(yè)效率高，有利于加快進度，確保項目順利履約。

2)節(jié)能降耗，有利于降本增效。受到地下水及流沙層影響，鉆孔至流沙層位置時，普通泥漿護壁基本已無法控制流沙層對樁孔的影響，澆筑混凝土?xí)r更加容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，因此同條件下沖擊鉆機需要泥漿護壁的同時還要采用混凝土回填和鋼護筒跟進等措施，而旋挖鉆機干挖施工法則不需要泥漿護壁，所以選用旋挖鉆機更有利于降低成本，增加成孔成功率，加快施工進度。

3)綠色環(huán)保，有利于安全文明施工。由于現(xiàn)場場地有限，無法大量投入沖擊鉆機進場施工，且現(xiàn)場無法滿足沖擊鉆泥漿池的布置條件，另道路交通受限，泥漿外運及處理不便，且易對環(huán)境造成不利影響。選用旋挖鉆干挖成孔工藝，施工過程中不易產(chǎn)生大量泥漿，與其他工藝相比起來更綠色環(huán)保，且旋挖鉆機施工受天氣影響較小，有利于降低管理成本。

4.在流沙層及高回填區(qū)域樁基成孔過程中的施工工藝分析

云南省東川港一期建設(shè)項目施工區(qū)域地下存在流沙層，且流沙層位置處于地下水水位線頂部，地下水水位高差大，流速較快，在流沙地層使用旋挖鉆不易成孔，主要表現(xiàn)為以下兩個方面。第一是從流沙穩(wěn)定力學(xué)來分析，在鉆孔達到流沙層的時候，影響流沙層穩(wěn)定的外界因素就有地層以及流沙層自身的重力，還有孔內(nèi)的液體沖刷力，通過分析可以知道地層的壓力是通過上層傳遞的，在地質(zhì)條件確定的情況下，僅僅是與荷載量有關(guān)，所以當(dāng)荷載量增大的時候就會造成失穩(wěn)狀態(tài)。而流沙層自身的重力會產(chǎn)生分離，導(dǎo)致流沙層的工藝受到影響。其次，是旋挖鉆成孔技術(shù)與其他工藝比較，它的沖擊鉆旋環(huán)傳以及其他工藝具有特殊性，所以在使用的過程當(dāng)中要針對性地去采取相應(yīng)的施工措施。

（1）加強技術(shù)管理和交底。必須做好技術(shù)安全交底工作,在施工前向作業(yè)人員進行詳細的培訓(xùn)交底,并說明地質(zhì)狀況及其特點,同時要求鉆機作業(yè)人員嚴(yán)格把控鉆進過程，確保鉆機在鉆進時機器的所有技術(shù)參數(shù)指標(biāo)正常；要求作業(yè)人員控制好鉆桿位置在樁中，保持鉆進速度平穩(wěn),尤其是當(dāng)鉆頭通過流沙地層時要注意將速度放緩,同時操作幅度也不宜過大,并且對于流沙層鉆孔也是選擇適當(dāng)?shù)你@機,如此就可以提高轉(zhuǎn)孔的效率。

（2）混凝土回填法。流沙層對于樁基施工來說，是一個比較嚴(yán)重的問題，因為流沙層極其不穩(wěn)定，且該項目受到地下水的影響，流沙層流動較快，在鉆進及澆筑過程中容易出現(xiàn)塌孔，縮徑等問題，在開挖區(qū)域的樁基，原始土層相對穩(wěn)定，在鉆機穿越流沙層后，采用回填混凝土的方式可以較好的控制流沙在孔內(nèi)的流動。由于流沙層距離孔口較高，回填混凝土?xí)r不能采用自卸的方式回填，需采用導(dǎo)管法澆筑混凝土，澆筑時嚴(yán)格按照樁基施工規(guī)范進行，導(dǎo)管底口距離孔底需控制在30-50cm，埋入混凝土內(nèi)深度控制在2m-6m，待鉆機穿越流沙層后，迅速回填混凝土，混凝土終凝后再繼續(xù)進行鉆進施工，在下一步鉆進施工過程中，可以根據(jù)樁孔內(nèi)出渣渣樣及出渣量判斷回填混凝土是否成功，如果渣樣中不含流沙狀鉆渣，且孔內(nèi)鉆進出渣量正常，則說明該孔回填已初具成效，流沙未繼續(xù)流入孔內(nèi)。

（3）鋼護筒跟進法。由于該工程選址位于高邊坡地帶，施工作業(yè)平臺皆為半挖半填，且受到交通及征地拆遷等問題，無法取用土質(zhì)較好，粘性高的土方填筑作業(yè)平臺，故平臺填筑皆為就地開挖，當(dāng)?shù)赝临|(zhì)較差，地層風(fēng)化嚴(yán)重，沙層較厚，因此在灌注樁澆筑混凝土過程中，由于澆筑速度快，樁孔內(nèi)地下水水位隨著混凝土澆筑的高度上升，水位上升至頂層回填區(qū)域時，容易造成塌孔現(xiàn)象，對樁身質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此對于這類情況來說，在施工過程中可以采用鋼護筒跟進法進行防護，根據(jù)現(xiàn)場原地貌高程數(shù)據(jù)計算出回填區(qū)域厚度，具體樁位根據(jù)厚度定制相同長度的鋼護筒（圖4），在施工過程中保證護筒長度能夠穿越回填沙層，防止在樁基澆筑混凝土地下水位上升導(dǎo)致沙層位置塌孔的情況發(fā)生。

圖4 鋼護筒安裝

（4）鋼護筒跟進法與回填法同時使用。隨著日益增長的鋼材價格，鋼護筒定制費用較高，在有流沙層及回填區(qū)域鉆孔時，如果樁長較長，流沙層位于地下深層，那么采用鋼護筒跟進至流沙層底部，鋼護筒的造價及人工費用將是一筆巨大的開支，所以遇到此類情況，可以采用鋼護筒跟進和回填混凝土兩種方法來保證成樁率，此類做法在該工程中水位平臺可以顯示，中水位平臺樁基樁長較長，回填區(qū)域?qū)雍窦s4-5米厚，流沙層位于地下20米左右，如遇到流沙層及回填土層區(qū)域樁基，僅采用回填混凝土法無法保證澆筑過程中是否出現(xiàn)塌孔問題，如果采用鋼護筒跟進，則會導(dǎo)致成本的增加，所以采用回填混凝土及鋼護筒跟進兩種辦法，利用鋼護筒跟進至回填區(qū)域底層，避免在澆筑過程中回填區(qū)域發(fā)生塌孔現(xiàn)象，同時采用混凝土回填法，保證鉆機在流沙層位置的順利鉆進成孔。這兩種方法同時采用，不僅可以提高在流沙地質(zhì)和回填區(qū)域的樁基成孔率以及樁基成樁質(zhì)量，還可以降低項目成本。

（5）過程監(jiān)測及應(yīng)急預(yù)案。在旋挖鉆機進行流沙地質(zhì)鉆孔時，鉆孔記錄應(yīng)減短記錄間隔，增加記錄頻次，主要記錄孔內(nèi)地下水高度，出渣量和渣樣類別，通過這些記錄可以判斷孔內(nèi)是否塌孔、縮頸，如果使用混凝土回填流沙層后，通過出渣量和渣樣類別可以判斷回填是否有效果，如果一次回填不成功，則應(yīng)立即停鉆重新對孔內(nèi)流沙層再次回填，二次回填時，混凝土塌落度需要適當(dāng)提高，這樣有助于混凝土在孔內(nèi)的流動，提高回填成功率。通過過程記錄完善應(yīng)急預(yù)案，加大力度配備應(yīng)急設(shè)備和物資，確保意外事故得到及時處理，并不斷總結(jié)經(jīng)驗、改進處理措施，直到各項指標(biāo)達到標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能夠順利解決旋挖鉆在流沙層及高回填區(qū)域施工過程中遇到的各種問題，提高旋挖鉆施工成孔率和成樁質(zhì)量。

5.結(jié)論

本文結(jié)合云南省東川港一期建設(shè)項目的實際情況，針對大面積流沙層及高回填區(qū)域施工條件下的樁基施工，選用科學(xué)合理的鉆孔設(shè)備、施工工藝和質(zhì)量控制措施，加強施工前技術(shù)管理和交底及施工過程中的質(zhì)量跟蹤監(jiān)管，能夠有效克服流沙層和高回填區(qū)域旋挖成孔灌注樁施工過程中的各種問題，保證了旋挖成孔灌注樁施工的質(zhì)量和效率，為后續(xù)的工程建設(shè)打下了堅實基礎(chǔ)。